Zusammenfassung

Dieser Bericht enthält eine umfassende Analyse der internationalen regulatorischen Anforderungen an den Schwingungszustand von Industrieanlagen, die in ISO 10816-1 und den davon abgeleiteten Normen definiert sind. Das Dokument gibt einen Überblick über die Entwicklung der Normung von ISO 2372 bis zur aktuellen ISO 20816, erläutert die physikalische Bedeutung der gemessenen Parameter und beschreibt die Methodik zur Bewertung der Schwere von Schwingungszuständen. Besonderes Augenmerk wird auf die praktische Umsetzung dieser Regeln unter Verwendung des tragbaren Auswucht- und Diagnosesystems Balanset-1A gelegt. Der Bericht enthält eine detaillierte Beschreibung der technischen Eigenschaften des Geräts, der Algorithmen für seinen Betrieb im Vibrometer- und Auswuchtmodus sowie methodische Leitlinien für die Durchführung von Messungen zur Gewährleistung der Einhaltung der Zuverlässigkeits- und Sicherheitskriterien für rotierende Maschinen.

Kapitel 1. Theoretische Grundlagen der Schwingungsdiagnostik und Entwicklung der Standardisierung

1.1. Physikalische Eigenschaften von Schwingungen und Auswahl der Messparameter

Vibrationen sind als diagnostischer Parameter der aussagekräftigste Indikator für den dynamischen Zustand eines mechanischen Systems. Im Gegensatz zu Temperatur oder Druck, die integrale Indikatoren sind und oft mit einer Verzögerung auf Fehler reagieren, überträgt das Vibrationssignal Informationen über die innerhalb des Mechanismus wirkenden Kräfte in Echtzeit.

Die Norm ISO 10816-1 basiert wie ihre Vorgängernormen auf der Messung der Schwinggeschwindigkeit. Diese Wahl ist kein Zufall, sondern ergibt sich aus der energetischen Natur der Beschädigung. Die Schwinggeschwindigkeit ist direkt proportional zur kinetischen Energie der schwingenden Masse und damit zu den Ermüdungsspannungen, die in Maschinenkomponenten auftreten.

Die Schwingungsdiagnostik verwendet drei Hauptparameter, die jeweils ihr eigenes Anwendungsgebiet haben:

Vibrationsverschiebung (Verschiebung): Die Schwingungsamplitude, gemessen in Mikrometern (µm). Dieser Parameter ist von entscheidender Bedeutung für Maschinen mit niedriger Drehzahl (unter 600 U/min) und für die Bewertung des Spiels in Gleitlagern, wo es wichtig ist, einen Kontakt zwischen Rotor und Stator zu verhindern. Im Zusammenhang mit ISO 10816-1 ist die Verschiebung nur von begrenztem Nutzen, da bei hohen Frequenzen selbst kleine Verschiebungen zerstörerische Kräfte erzeugen können.

Schwingungsgeschwindigkeit (Geschwindigkeit): Die Oberflächenpunktgeschwindigkeit, gemessen in Millimetern pro Sekunde (mm/s). Dies ist der universelle Parameter für den Frequenzbereich von 10 bis 1000 Hz, der die wichtigsten mechanischen Defekte abdeckt: Unwucht, Ausrichtungsfehler und Lockerheit. ISO 10816 nimmt die Schwinggeschwindigkeit als primäres Bewertungskriterium an. Die Norm gibt den RMS-Wert (Root Mean Square) an, der die durchschnittliche Schwingungsenergie charakterisiert.

Vibrationsbeschleunigung (Beschleunigung): Die Änderungsrate der Schwinggeschwindigkeit, gemessen in Metern pro Sekunde zum Quadrat (m/s²) oder in g-Einheiten (1 g = 9,81 m/s²). Die Beschleunigung charakterisiert Trägheitskräfte und ist am empfindlichsten für hochfrequente Vorgänge (ab 1000 Hz und darüber), wie z. B. Wälzlagerdefekte im Anfangsstadium, Probleme mit dem Zahneingriff und elektrische Fehler in Motoren.

1.2. Historischer Kontext: Von ISO 2372 zu ISO 20816

Um die aktuellen Anforderungen zu verstehen, muss ihre historische Entwicklung analysiert werden. Die Entwicklung der Vibrationsnormen erstreckt sich über mehr als fünf Jahrzehnte:

Dieser Bericht konzentriert sich auf ISO 10816-1 und ISO 10816-3, da diese Dokumente die wichtigsten Arbeitsinstrumente für etwa 90% Industrieanlagen sind, die mit tragbaren Geräten wie Balanset-1A diagnostiziert werden.

Kapitel 2. Detaillierte Analyse der Methodik nach ISO 10816-1

2.1. Umfang und Einschränkungen

ISO 10816-1 gilt für Schwingungsmessungen an nicht rotierenden Maschinenteilen (Lagergehäuse, Füße, Tragrahmen). Die Norm gilt nicht für Schwingungen, die durch akustische Geräusche verursacht werden, und umfasst keine Hubmaschinen (diese fallen unter ISO 10816-6), die aufgrund ihres Funktionsprinzips spezifische Trägheitskräfte erzeugen.

Ein wichtiger Aspekt ist, dass die Norm In-situ-Messungen regelt – unter realen Betriebsbedingungen, nicht nur auf einem Prüfstand. Das bedeutet, dass die Grenzwerte den Einfluss des realen Fundaments, der Rohrleitungsanschlüsse und der Betriebslastbedingungen berücksichtigen.

2.2. Klassifizierung der Ausrüstung

Ein wesentliches Element der Methodik ist die Einteilung aller Maschinen in Klassen. Die Anwendung der Grenzwerte der Klasse IV auf eine Maschine der Klasse I kann dazu führen, dass ein Ingenieur einen gefährlichen Zustand übersieht, während das Gegenteil zu ungerechtfertigten Stilllegungen von einwandfreien Anlagen führen kann.

Tabelle 2.1. Maschinenklassifizierung gemäß ISO 10816-1

Problem der Identifizierung des Fundamenttyps (starr vs. flexibel)

Die Norm definiert ein Fundament als starr, wenn die erste Eigenfrequenz des Systems "Maschine-Fundament" oberhalb der Haupterregungsfrequenz (Drehfrequenz) liegt. Ein Fundament ist flexibel, wenn seine Eigenfrequenz unterhalb der Rotationsfrequenz liegt.

In der Praxis bedeutet dies:

• Eine Maschine, die an einem massiven Betonboden einer Werkstatt verschraubt ist, gehört in der Regel zu einer Klasse mit starrem Fundament.
• Eine Maschine, die auf Schwingungsdämpfern (Federn, Gummipuffern) oder auf einem leichten Stahlrahmen (z. B. einer Überbaukonstruktion) montiert ist, gehört zu einer Klasse mit flexibler Fundamentierung.
• Ein und dieselbe Maschine kann die Klasse wechseln, wenn sie von einem Fundament auf ein anderes verlagert wird - dies ist bei der Verlagerung von Geräten unbedingt zu beachten.

2.3. Schwingungsbewertungszonen

Anstelle einer binären "Gut/Schlecht"-Bewertung bietet die Norm eine Vier-Zonen-Skala, die eine zustandsorientierte Instandhaltung unterstützt:

2.4. Schwingungsgrenzwerte

In der nachstehenden Tabelle sind die Grenzwerte der RMS-Schwinggeschwindigkeit (mm/s) gemäß Anhang B der ISO 10816-1 zusammengefasst. Diese Werte sind empirisch und dienen als Richtwerte, wenn die Spezifikationen des Herstellers nicht verfügbar sind.

Tabelle 2.2. Zonengrenzwerte (ISO 10816-1 Anhang B)

Visueller Vergleich: Zonenbegrenzungen nach Maschinenklasse

Analytische Interpretation. Nehmen wir den Wert 4,5 mm/s. Bei kleinen Maschinen (Klasse I) ist dies die Grenze des Notzustands (C/D), der ein Abschalten erfordert. Bei mittelgroßen Maschinen (Klasse II) ist dies die Mitte des Bereichs "Aufmerksamkeit erforderlich". Bei großen Maschinen auf einem starren Fundament (Klasse III) ist dies nur die Grenze zwischen den Bereichen "zufriedenstellend" und "nicht zufriedenstellend". Für Maschinen auf einem flexiblen Fundament (Klasse IV) ist dies ein normales Betriebsschwingungsniveau (Zone B). Diese Entwicklung verdeutlicht die Gefahr, die von der Verwendung universeller Grenzwerte ohne angemessene Klassifizierung ausgeht.

2.5. Zwei Bewertungskriterien: Absoluter Wert vs. Relative Veränderung

ISO 10816-1 definiert zwei unabhängige Bewertungskriterien, die gleichzeitig angewendet werden sollten:

Kriterium I - Stärke der Vibrationen: Die absolute Breitband-Effektivschwingungsgeschwindigkeit im Vergleich zu den Zonengrenzen. Dies ist das Hauptkriterium, das in den obigen Tabellen beschrieben ist.

Kriterium II - Veränderung der Vibrationen: Eine signifikante Änderung (Zunahme oder Abnahme) des Schwingungspegels im Vergleich zur festgelegten Basislinie, unabhängig davon, ob der absolute Pegel eine Zonengrenze überschreitet. Eine plötzliche Änderung des Schwingungspegels um mehr als 25% kann auf einen sich entwickelnden Fehler hinweisen, selbst wenn die Maschine in Zone B verbleibt. Umgekehrt kann ein plötzlicher Rückgang darauf hinweisen, dass eine Kupplung ausgefallen oder ein Bauteil abgebrochen ist.

Kapitel 3. Vollständiger Überblick über die Reihe ISO 10816 / 20816

Die Norm ISO 10816 wurde als mehrteilige Reihe veröffentlicht, wobei Teil 1 den allgemeinen Rahmen vorgibt und die nachfolgenden Teile spezifische Anforderungen für verschiedene Maschinentypen definieren. Für eine korrekte Bewertung ist es wichtig zu verstehen, welcher Teil auf Ihre spezifische Ausrüstung zutrifft.

Tabelle 3.0. Vollständige Liste der ISO 10816-Teile und ihrer ISO 20816-Ersatzteile

3.1. Reihe ISO 7919 (Wellenschwingungen) - jetzt Teil von ISO 20816

Während sich ISO 10816 ausschließlich auf Gehäuseschwingungen konzentrierte, befasste sich die parallele Reihe ISO 7919 mit Wellenschwingungen, die mit berührungslosen Näherungssonden (Wirbelstromsensoren) gemessen wurden. Für kritische rotierende Maschinen wie große Dampfturbinen, Gasturbinen und Generatoren ist die relative Wellenschwingung oft der aussagekräftigere Parameter, da er die Bewegung des Rotors innerhalb seines Lagerspiels direkt misst.

Die Vereinheitlichung dieser beiden Reihen in ISO 20816 spiegelt das moderne Verständnis wider, dass für eine umfassende Zustandsüberwachung kritischer Maschinen sowohl Gehäuseschwingungen (für die strukturelle Bewertung) als auch Wellenschwingungen (für die dynamische Bewertung des Rotors) erforderlich sind.

3.2. Verwandte internationale Normen

Die ISO 10816 existiert nicht isoliert. Mehrere begleitende Normen definieren Sensorspezifikationen, Auswuchtqualität und Messmethodik:

3.3. Beziehung zwischen der Qualität der Unruh nach ISO 1940 und den Schwingungszonen nach ISO 10816

Eine der häufigsten Fragen in der Praxis ist, wie sich die Wuchtgüteklasse (G-Wert nach ISO 1940) zu den Schwingungszonen nach ISO 10816 verhält. Es gibt zwar keine exakte mathematische Formel, die diese beiden Bereiche miteinander verbindet (die Beziehung hängt von der Lagersteifigkeit, der Maschinenmasse und der Lagerdynamik ab), aber es besteht eine allgemeine Korrelation:

• Der Auswuchtgrad G2.5 (typisch für Ventilatoren, Pumpen, Motoren) erreicht bei ordnungsgemäß installierten Maschinen im Allgemeinen die Zone A oder B.
• Die Gewichtsklasse G6.3 (allgemeine Maschinen) erreicht in der Regel die Zone B, kann aber bei starren, leichten Strukturen auch in der Zone C liegen.
• Die Bilanzklasse G16 (landwirtschaftliche Geräte, Brecher) entspricht in der Regel der Zone C oder schlechter gemäß ISO 10816.

Das Balanset-1A-System kann eine Auswuchtqualität von G2,5 und besser erreichen, was direkt zur Erfüllung der Anforderungen der ISO 10816 Zone A beiträgt.

Kapitel 4. Spezifische Merkmale von Industriemaschinen: ISO 10816-3

Während ISO 10816-1 den allgemeinen Rahmen definiert, unterliegen in der Praxis die meisten industriellen Einheiten (Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren über 15 kW) dem spezifischeren Teil 3 der Norm (ISO 10816-3). Es ist wichtig, den Unterschied zu verstehen, da Balanset-1A häufig zum Auswuchten von Ventilatoren und Pumpen verwendet wird, die unter diesen Teil fallen.

4.1. Maschinengruppen in ISO 10816-3

Im Gegensatz zu den vier Klassen in Teil 1 werden Maschinen in Teil 3 in zwei Hauptgruppen unterteilt:

Gruppe 1: Große Maschinen mit einer Nennleistung von mehr als 300 kW oder elektrische Maschinen mit einer Wellenhöhe von mehr als 315 mm, die mit Drehzahlen zwischen 120 U/min und 15.000 U/min arbeiten.

Gruppe 2: Mittelgroße Maschinen mit einer Nennleistung von 15 kW bis 300 kW oder elektrische Maschinen mit einer Wellenhöhe von 160 mm bis 315 mm, bei Betriebsdrehzahlen zwischen 120 U/min und 15.000 U/min.

4.2. Schwingungsgrenzwerte nach ISO 10816-3

Die Grenzwerte hängen von der Art des Fundaments ab (starr/flexibel), das die gleiche Definition wie in Teil 1 hat.

Tabelle 4.1. Schwingungsgrenzwerte nach ISO 10816-3 (RMS, mm/s)

Datensynthese. Ein Vergleich der Tabellen von ISO 10816-1 und ISO 10816-3 zeigt, dass ISO 10816-3 strengere Anforderungen an Maschinen mittlerer Leistung (Gruppe 2) auf starren Fundamenten stellt. Die Grenze der Zone D ist auf 4,5 mm/s festgelegt, was mit dem Grenzwert für Klasse I in Teil 1 übereinstimmt. Dies bestätigt den Trend zu strengeren Grenzwerten für moderne, schnellere und leichtere Geräte. Wenn Sie Balanset-1A zur Diagnose eines 45-kW-Ventilators auf einem Betonboden verwenden, sollten Sie sich auf die Spalte "Gruppe 2 / Starr" dieser Tabelle konzentrieren, in der der Übergang zur Notfallzone bei 4,5 mm/s erfolgt.

4.3. Zusätzliche Anforderungen der ISO 10816-3

ISO 10816-3 fügt wichtige Bestimmungen hinzu, die über die grundlegenden Zonengrenzen hinausgehen:

• Abnahmetests: Bei neu installierten oder reparierten Maschinen sollten die Schwingungen in Zone A liegen. Fallen sie in Zone B, wird eine Untersuchung empfohlen, um die Ursache zu ermitteln.
• Operative Alarme: Die Norm empfiehlt die Festlegung von zwei Alarmstufen - ALERT (typischerweise an der B/C-Grenze) und DANGER (an der C/D-Grenze). Diese können in kontinuierlichen Überwachungssystemen implementiert werden.
• Vorübergehende Bedingungen: Die Norm erkennt an, dass beim An- und Abfahren die Schwingungen vorübergehend die Grenzwerte für den stationären Zustand überschreiten können, insbesondere beim Durchlaufen kritischer Drehzahlen (Resonanzen).
• Gekoppelte Maschinen: Bei gekoppelten Geräten (z. B. Motor-Pumpen-Aggregaten) sollte jede Maschine einzeln anhand der Grenzwerte bewertet werden, die ihrer Gruppeneinstufung entsprechen.

Kapitel 5. Hardware-Architektur des Balanset-1A-Systems

Um die Anforderungen der Normen ISO 10816/20816 zu erfüllen, benötigen Sie ein Gerät, das genaue und wiederholbare Messungen liefert und den erforderlichen Frequenzbereichen entspricht. Das von Vibromera entwickelte Balanset-1A-System ist eine integrierte Lösung, die die Funktionen eines Zweikanal-Schwingungsanalysators und eines Feldauswuchtgeräts vereint.

5.1. Messkanäle und Sensoren

Das Balanset-1A-System verfügt über zwei unabhängige Schwingungsmesskanäle (X1 und X2), die gleichzeitige Messungen an zwei Punkten oder in zwei Ebenen ermöglichen.

Sensortyp. Das System verwendet Beschleunigungsmesser (Vibrationswandler, die die Beschleunigung messen). Dies ist der moderne Industriestandard, da Beschleunigungsmesser eine hohe Zuverlässigkeit, einen breiten Frequenzbereich und eine gute Linearität bieten.

Signalintegration. Da ISO 10816 die Bewertung der Schwinggeschwindigkeit (mm/s) vorschreibt, wird das Signal der Beschleunigungsmesser in Hardware oder Software integriert. Dies ist ein kritischer Schritt der Signalverarbeitung, bei dem die Qualität des Analog-Digital-Wandlers eine entscheidende Rolle spielt.

Messbereich. Das Gerät misst Schwinggeschwindigkeiten (RMS) im Bereich von 0,05 bis 100 mm/s. Dieser Bereich deckt alle Bewertungszonen der ISO 10816 vollständig ab (von Zone A 45 mm/s für die größten Maschinen).

5.2. Frequenzmerkmale und Genauigkeit

Die messtechnischen Eigenschaften von Balanset-1A entsprechen vollständig den Anforderungen der Norm.

Frequenzbereich. Die Basisversion des Geräts arbeitet im Bereich von 5 Hz bis 550 Hz. Die untere Grenze von 5 Hz (300 U/min) übertrifft sogar die Anforderung der Norm ISO 10816 von 10 Hz und unterstützt die Diagnose von langsam laufenden Maschinen. Die obere Grenze von 550 Hz deckt bei Maschinen mit einer Drehfrequenz von 3000 U/min (50 Hz) bis zur 11. Harmonischen ab, was ausreicht, um Unwucht (1×), Ausrichtungsfehler (2×, 3×) und Lockerheit zu erkennen. Optional kann der Frequenzbereich auf 1000 Hz erweitert werden, wodurch alle Standardanforderungen vollständig abgedeckt werden.

Amplitudengenauigkeit. Der Fehler bei der Amplitudenmessung beträgt ±5% des Skalenendwertes. Für betriebliche Überwachungsaufgaben, bei denen die Zonengrenzen um Hunderte von Prozent abweichen, ist diese Genauigkeit mehr als ausreichend.

Phasengenauigkeit. Das Gerät misst den Phasenwinkel mit einer Genauigkeit von ±1 Grad. Obwohl die Phase nicht durch ISO 10816 geregelt ist, ist sie für das Auswuchtverfahren von entscheidender Bedeutung.

5.3. Tachometer-Kanal

Der Bausatz enthält einen Lasertachometer (optischer Sensor), der zwei Funktionen erfüllt: Er misst die Rotordrehzahl (RPM) von 150 bis 60.000 U/min (in einigen Versionen bis 100.000 U/min), wodurch festgestellt werden kann, ob die Schwingung synchron mit der Rotationsfrequenz (1×) oder asynchron ist; und er erzeugt ein Referenzphasensignal (Phasenmarke) für die synchrone Mittelwertbildung und die Berechnung der Ausgleichsmassenwinkel beim Auswuchten.

5.4. Anschlüsse und Layout

Das Standard-Kit enthält Sensorkabel mit einer Länge von 4 Metern (optional 10 Meter). Dies erhöht die Sicherheit bei Messungen vor Ort. Lange Kabel ermöglichen es dem Bediener, einen sicheren Abstand zu rotierenden Maschinenteilen einzuhalten, was den Arbeitsschutzanforderungen für die Arbeit mit rotierenden Anlagen entspricht.

Tabelle 5.1. Balanset-1A Schlüsselspezifikationen vs. ISO 10816 Anforderungen

Kapitel 6. Messmethodik und ISO 10816-Bewertung mit Balanset-1A

6.1. Vorbereitung für die Messungen

Identifizieren Sie die Maschine. Bestimmen Sie die Maschinenklasse oder -gruppe (gemäß den Kapiteln 2 und 4 dieses Berichts). Zum Beispiel gehört ein "45-kW-Ventilator auf Schwingungsisolatoren" zur Gruppe 2 (ISO 10816-3) mit einem flexiblen Fundament.

Softwareinstallation. Installieren Sie die Balanset-1A-Treiber und -Software von dem mitgelieferten USB-Laufwerk. Schließen Sie die Schnittstelleneinheit an den USB-Anschluss des Laptops an.

Montieren Sie die Sensoren. Installieren Sie die Sensoren an Lagergehäusen - nicht an dünnen Abdeckungen, Schutzvorrichtungen oder Blechgehäusen. Verwenden Sie Magnetsockel und stellen Sie sicher, dass der Magnet fest auf einer sauberen, ebenen Oberfläche sitzt. Farbe oder Rost unter dem Magneten wirkt wie ein Dämpfer und verringert die Hochfrequenzmesswerte. Halten Sie die Orthogonalität ein: Führen Sie Messungen in vertikaler (V), horizontaler (H) und axialer (A) Richtung an jedem Lager durch. Das Balanset-1A hat zwei Kanäle, so dass Sie V und H gleichzeitig an einem Lager messen können.

6.2. Vibrometer-Modus (F5)

Die Balanset-1A-Software verfügt über einen speziellen Modus für die Auswertung nach ISO 10816. Starten Sie das Programm, drücken Sie F5 (oder klicken Sie auf die Schaltfläche "F5 - Vibrometer" auf der Benutzeroberfläche) und drücken Sie dann F9 (Ausführen), um die Datenerfassung zu starten.

Analyse der Indikatoren:

• RMS (Gesamt): Das Gerät zeigt die gesamte RMS-Schwinggeschwindigkeit (V1s, V2s) an. Dies ist der Wert, den Sie mit den tabellierten Grenzwerten der Norm vergleichen.
• 1× Vibration: Das Gerät extrahiert die Schwingungsamplitude bei der Drehfrequenz (synchrone Komponente).

Wenn der Effektivwert hoch ist (Zone C/D), aber die 1×-Komponente niedrig ist, liegt das Problem nicht in einer Unwucht. Es kann sich um einen Lagerfehler, Kavitation (bei einer Pumpe) oder elektromagnetische Probleme handeln. Wenn der Effektivwert nahe am 1×-Wert liegt (z. B. RMS = 10 mm/s, 1× = 9,8 mm/s), dominiert die Unwucht und die Auswuchtung reduziert die Schwingungen um ca. 95%.

6.3. Spektralanalyse (FFT)

Wenn die Gesamtschwingung den Grenzwert (Zone C oder D) überschreitet, müssen Sie die Ursache ermitteln. Der F5-Modus enthält eine Registerkarte Diagramme mit FFT-Spektrumanzeige.

• Eine dominante Spitze bei 1× (Drehfrequenz) deutet auf eine Unwucht hin.
• Spitzenwerte bei 2×, 3× deuten auf Ausrichtungsfehler oder Lockerheit hin.
• Hochfrequentes "Rauschen" oder ein Wald von Oberwellen weist auf Wälzlagerdefekte hin.
• Die Schaufeldurchgangshäufigkeit (Anzahl der Schaufeln × Drehzahl) weist auf aerodynamische Probleme in einem Ventilator oder auf hydraulische Probleme in einer Pumpe hin.
• 2× Netzfrequenz (100 Hz oder 120 Hz) zeigt elektrische Fehler in Motoren an (Statorexzentrizität, gebrochene Rotorstäbe).

Balanset-1A bietet diese Visualisierungen, die es von einem einfachen "Konformitätsmessgerät" zu einem umfassenden Diagnoseinstrument machen.

6.4. Messpunkte und Richtungen

ISO 10816-1 empfiehlt die Messung von Schwingungen in drei zueinander senkrechten Richtungen an jeder Lagerstelle. Für eine typische Maschine mit zwei Lagern bedeutet dies bis zu sechs Messpunkte (3 Richtungen × 2 Lager). In der Praxis sind die wichtigsten Messungen folgende:

• Vertikal (V): Am empfindlichsten gegenüber Unwucht. Ergibt in der Regel die höchsten Messwerte, da die Lager in vertikaler Richtung weniger steif sind.
• Horizontal (H): Empfindlich gegenüber Fehlausrichtung und Lockerheit. Horizontale Schwingungen, die die vertikalen Schwingungen deutlich übersteigen, deuten oft auf einen weichen Fuß oder lockere Schrauben hin.
• Axial (A): Erhöhte Axialschwingungen (mehr als 50% Radialschwingungen) deuten auf einen Ausrichtungsfehler, eine verbogene Welle oder einen nicht ausgewuchteten Fliehkraftrotor hin.

Der höchste Messwert aller Messpunkte und Richtungen wird in der Regel für die Bewertung nach ISO 10816 verwendet. Zeichnen Sie immer alle Messungen für die Trendanalyse auf.

Kapitel 7. Auswuchten als Korrekturmethode: Praktische Anwendung von Balanset-1A

Wenn die Diagnose (basierend auf der 1×-Dominanz im Spektrum) auf eine Unwucht als Hauptursache für die Überschreitung des Grenzwerts nach ISO 10816 hinweist, ist der nächste Schritt das Auswuchten. Balanset-1A setzt die Einflusskoeffizienten-Methode (Drei-Lauf-Methode) ein.

7.1. Balancierungstheorie

Eine Unwucht entsteht, wenn der Massenschwerpunkt des Rotors nicht mit seiner Drehachse übereinstimmt. Dies verursacht eine Zentrifugalkraft F = m - r - ω² die bei Drehfrequenz Vibrationen erzeugt. Das Ziel des Auswuchtens ist es, eine Korrekturmasse (Gewicht) hinzuzufügen, die eine Kraft erzeugt, die in ihrer Größe der Unwuchtkraft entspricht und ihr in ihrer Richtung entgegengesetzt ist.

7.2. Ausgleichsverfahren für eine Ebene

Verwenden Sie dieses Verfahren für schmale Rotoren (Ventilatoren, Riemenscheiben, Scheiben). Wählen Sie im Programm den Modus F2.

Lauf 0 - Initial: Starten Sie den Rotor und drücken Sie F9. Das Gerät misst die Anfangsschwingung (Amplitude und Phase). Beispiel: 8,5 mm/s bei 120°.

Lauf 1 - Testgewicht: Halten Sie den Rotor an und befestigen Sie ein Testgewicht mit bekannter Masse (z. B. 10 g) an einer beliebigen Stelle. Starten Sie den Rotor und drücken Sie F9. Beispiel: 5,2 mm/s bei 160°.

Berechnung und Korrektur: Das Programm errechnet automatisch die Masse und den Winkel des Korrekturgewichts. Das Gerät kann zum Beispiel die Anweisung geben: "Fügen Sie 15 g in einem Winkel von 45° zur Position des Testgewichts hinzu." Die Balanset-Funktionen unterstützen geteilte Gewichte: Wenn Sie das Gewicht nicht an der berechneten Stelle platzieren können, teilt das Programm es in zwei Gewichte auf, um es z. B. an Ventilatorflügeln anzubringen.

Lauf 2 - Verifizierung: Bringen Sie das berechnete Ausgleichsgewicht an (entfernen Sie ggf. das Prüfgewicht). Starten Sie den Rotor und vergewissern Sie sich, dass die Restschwingung auf Zone A oder B gemäß ISO 10816 gesunken ist (z. B. unter 2,8 mm/s für Gruppe 2 / Starr).

7.3. Zwei-Ebenen-Ausgleich

Lange Rotoren (Wellen, Brechertrommeln) erfordern eine dynamische Auswuchtung in zwei Korrekturebenen. Das Verfahren ist ähnlich, erfordert jedoch zwei Schwingungssensoren (X1, X2) und drei Durchläufe (Initial, Testgewicht in Ebene 1, Testgewicht in Ebene 2). Verwenden Sie für dieses Verfahren den Modus F3.

Kapitel 8. Praktische Szenarien und Interpretation (Fallstudien)

Kapitel 9. Beziehung zwischen Schwingungsparametern: Auslenkung, Geschwindigkeit, Beschleunigung

Das Verständnis der mathematischen Beziehung zwischen den drei Schwingungsparametern ist wichtig für die Umrechnung zwischen ihnen und für das Verständnis, warum ISO 10816 die Geschwindigkeit als primäre Messgröße gewählt hat.

Für eine einfache harmonische Bewegung mit der Frequenz f (Hz):

• Verschiebung: D = D₀ - sin(2πft), gemessen in µm (Spitze oder Spitze-zu-Spitze)
• Geschwindigkeit: V = 2πf - D₀ - cos(2πft), gemessen in mm/s
• Beschleunigung: A = (2πf)² - D₀ - sin(2πft), gemessen in m/s²

Die wichtigsten Beziehungen (für Spitzenwerte bei der Frequenz f):

• V_Gipfel (mm/s) = π - f - D_pp (µm) / 1000
• A_Gipfel (m/s²) = 2πf - V_Gipfel (mm/s) / 1000

Dies erklärt, warum bei niedrigen Frequenzen die Verschiebung und bei hohen Frequenzen die Beschleunigung dominiert, während die Geschwindigkeit eine relativ flache (frequenzunabhängige) Darstellung der Schwingungsstärke über den typischen Drehzahlbereich der Maschine liefert. Ein konstanter Geschwindigkeitswert steht für eine konstante Beanspruchung der Struktur unabhängig von der Frequenz - dies ist der Hauptgrund, warum ISO 10816 die Geschwindigkeit verwendet.

Tabelle 9.1. Praktische Umrechnungsbeispiele bei 50 Hz (3000 U/min)

Kapitel 10. Häufige Messfehler und wie man sie vermeidet

Selbst bei einem richtig kalibrierten Gerät wie dem Balanset-1A können Messfehler zu falschen Schlussfolgerungen führen. Hier sind die häufigsten Fallstricke:

10.1. Fehler bei der Sensormontage

Problem: Der Sensor ist an einem Schutzgitter, einer dünnen Abdeckung oder einer losen Struktur anstelle des Lagergehäuses montiert. Dies führt zu falsch hohen Messwerten aufgrund von strukturellen Resonanzen der Abdeckung, was zu unnötigen Abschaltungen führt.

Lösung: Montieren Sie immer direkt am Lagergehäuse. Verwenden Sie die magnetische Befestigung auf einer sauberen, flachen, metallischen Oberfläche. Bei Oberflächen mit einer Farbschicht von mehr als 0,1 mm kratzen Sie einen kleinen Bereich bis zum blanken Metall ab.

10.2. Falsche Maschineneinstufung

Problem: Die Anwendung von Grenzwerten der Klasse I auf einen 200-kW-Kompressor (der nach ISO 10816-3 der Gruppe 2 angehören sollte) führt zu vorzeitigen Alarmen.

Lösung: Ermitteln Sie immer die Nennleistung, die Geschwindigkeit und den Fundamenttyp der Maschine, bevor Sie die entsprechende Norm und Gruppe auswählen.

10.3. Ignorieren von Betriebsbedingungen

Problem: Messung von Schwingungen beim Anfahren oder bei Teillast. Die Grenzwerte nach ISO 10816 gelten für den stationären Betrieb unter normalen Betriebsbedingungen.

Lösung: Lassen Sie die Maschine das thermische Gleichgewicht und die normale Betriebsgeschwindigkeit/Last erreichen, bevor Sie Messungen vornehmen. Bei Elektromotoren bedeutet dies in der Regel einen Betrieb von mindestens 15 Minuten.

10.4. Kabel und elektrisches Rauschen

Problem: Die Verlegung von Sensorkabeln neben Stromkabeln führt zu elektromagnetischen Störungen, die insbesondere bei 50/60 Hz und Oberschwingungen zu künstlich erhöhten Messwerten führen.

Lösung: Verlegen Sie die Sensorkabel entfernt von den Stromkabeln. Verwenden Sie nach Möglichkeit abgeschirmte Kabel. Die Kabel des Balanset-1A sind von Haus aus abgeschirmt, aber eine korrekte Verlegung ist dennoch wichtig.

10.5. Ein-Punkt-Messungen

Problem: Nur eine Richtung an einem Lager zu messen und daraus zu schließen, dass die Maschine in Ordnung ist"."

Lösung: Messen Sie in mindestens zwei Richtungen (V und H) an jedem Lager. Verwenden Sie den höchsten Messwert für die Bewertung nach ISO 10816. Signifikante Unterschiede zwischen den Richtungen können auf bestimmte Fehler hinweisen (z. B. horizontal > vertikal deutet oft auf strukturelle Lockerheit hin).

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Schlussfolgerung

Die ISO 10816-1 und ihr spezieller Teil 3 bilden eine grundlegende Basis für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit von Industrieanlagen. Der Übergang von der subjektiven Wahrnehmung zur quantitativen Bewertung der Schwingungsgeschwindigkeit (RMS, mm/s) ermöglicht es den Ingenieuren, den Maschinenzustand objektiv zu klassifizieren und die Wartung auf der Grundlage tatsächlicher Daten und nicht willkürlicher Zeitpläne zu planen.

Das Vier-Zonen-Bewertungssystem (A bis D) bietet eine allgemein verständliche Sprache für die Kommunikation des Maschinenzustands zwischen Wartungsteams, Management und Geräteherstellern. In Kombination mit der Spektralanalyse ermöglicht diese Methodik nicht nur die Erkennung von Problemen, sondern auch die Identifizierung der Grundursachen - Unwucht, Ausrichtungsfehler, Lagerverschleiß, Lockerheit und elektrische Fehler.

Die instrumentelle Umsetzung dieser Normen mit dem Balanset-1A-System hat sich als wirksam erwiesen. Das Gerät liefert messtechnisch genaue Messungen im Bereich von 5 bis 550 Hz (was die Standardanforderungen für die meisten Maschinen vollständig abdeckt) und bietet die erforderlichen Funktionen, um die Ursachen für erhöhte Schwingungen zu identifizieren (Spektralanalyse) und zu beseitigen (Auswuchten).

Für Betreiberunternehmen ist die Einführung einer regelmäßigen Überwachung auf Basis der ISO 10816-Methodik und von Instrumenten wie Balanset-1A eine direkte Investition in die Senkung der Betriebskosten. Die Möglichkeit, Zone B von Zone C zu unterscheiden, hilft dabei, sowohl vorzeitige Reparaturen an intakten Maschinen als auch katastrophale Ausfälle aufgrund der Nichtbeachtung kritischer Schwingungspegel zu vermeiden.

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